在課程教學中培養大學生專業科學素養的實踐與探索

傅小明 蔣萍 孫虎 楊在志

摘要：隨著社會的進步和科學技術突飛猛進的發展，急需具有專業科學素養的人才。而培養專業科學素養的人才是一個長期的和復雜的過程，這就需要廣大高校專業課教師以鍥而不舍的精神逐漸向前推進。本文以金屬材料工程的專業課程教學實踐為例，探討在專業課程教學中如何培養大學生的專業科學素養。其主要途徑包括專業課教師要更新教育教學理念；對教材的內容進行擴充；改革傳統的專業課考試模式，培養學生運用專業知識進行解決問題和科學創新的能力等；依托學科的相關專業競賽，培養學生的團隊合作精神；將教師的科學研究成果引入課堂，增加學生的求知欲望；向學生傳遞正能量，激發學生學習專業課的熱情，培養學生正確的科學價值觀。

關鍵詞：課程教學；專業科學素養；途徑

中圖分類號：G424 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0159-03

大家還記得“偽神醫”張悟本嗎？“神仙”李一道長嗎？“氣功大師”王林嗎？隨著這些人的謊言被戳穿，他們得到了應有的懲罰。但是，我們是否想過為什么他們的把戲在被揭穿之前卻受到了一些所謂“信徒”的追捧？不可否認的是一些媒體為了自身的利益失去職業操守的推波助瀾，更重要的是這些所謂的“信徒”缺乏常規的科學知識。而科學知識是構成科學素養的基礎[1]。

科學素養這個詞來源于英文“Science Literacy”，它最早是由哈佛大學（Harvard University）的校長Conant提出。之后又經過Johnson、Carlton、Pella、Shamos、Bybee和Miller等人的繼承、發展和完善[2]。同時，科學素養的含義也伴隨著時代的進步和科學技術的發展，在進一步繼續擴充和完善。目前，科學素養是由五個基本因素構成，即科學知識、科學方法、科學技能、科學本質和科學及技術與社會的關系。并且，它也是由科學知識、科學技能方法和科學觀念三個維度構成的[3～5]。由此可見，科學素養就是人的一種綜合素養，它是建立在人的素質和科學素質基礎上的一種高層次修養。因此，科學素養已成為現代社會公民所必備的基本素養之一。

正如“錢學森之問”——為什么我們培養不出拔尖人才？至今這個問還依然令人感到振聾發聵[6]。其根本原因是我們培養的人才缺乏一定的專業科學素養。特別是當代的大學生，他們都具有一定的專業知識。因此，在課程教學中加強培養他們專業科學素養的訓練，使得他們牢固掌握本專業的專業知識，成為具有一定專業科學素養的專業性人才顯得特別的重要。

因此，本研究以金屬材料工程的專業課程教學實踐為例，探討在專業課程教學中如何培養大學生的專業科學素養。

一、大學生專業科學素養的現狀及存在問題

近年以來，在金屬材料工程的專業課程教學實踐中發現，學生對專業性知識掌握得不夠牢固和扎實。比如，在《現代表面技術》授課時提到貫穿整個專業課的兩條主線或者紅線，即熱力學（熱力學的本質是研究一個化學反應是否發生，是用吉布斯自由能進行判斷）和動力學（動力學的本質是研究一個化學反應進行的快慢程度，以及它的控制環節）時，請學生回答它們的本質是什么時，學生的回答令人哭笑不得，有回答是熱力學的本質是研究“熱的”；有回答動力學的本質是研究“動力的”。又比如，在《材料科學與工程導論（雙語）》課程中講到“Reducing the weight of transportation vehicles，...”這個句子時，提及到“Reduce”除了“減少”的意思外，還有其他的意思嗎？全班沒一個人知道這個單詞還有“還原”（Reduce v.；Reduction n.）的意思，在此基礎上進一步提問，“還原”對應的“氧化”（Oxidize v.；Oxidization n.）的英文單詞怎么寫？同樣是全班沒一個人知道。再比如，帶學生到企業去生產實習時，看到企業制定的標準中的“QB”（“QB”表示“企業標準”）表示什么意思？全班也是鴉雀無聲，學生表現出很茫然的樣子。當再進一步引申到國家標準的表格中的“GB”（“GB”表示“國家標準”）表示什么意思，其結果同樣如前所述。

由此可知，在課程教學中加強培養大學生的專業科學素養迫在眉睫和勢在必行。并且，這種教學方式還要貫穿在整個專業課程的教學過程中。

二、培養大學生專業科學素養的途徑

1.培養大學生的專業科學素養，必須更新教師的教育教學觀念。教學改革，觀念必須先行。要培養和提高學生的科學素養，首先要讓教師樹立科學的教學觀念。眾所周知，科學素養最根本的基礎是科學知識和技能。正因為如此，一些人就簡單地認為科學知識掌握得多、技能好，科學素養就高。當前，在應試教育的大背景下，許多教師就只是重視知識和技能的傳授，而忽視學生的主體性以及學生其他科學素養的培養。其實，科學知識和技能并不等于科學素養，學生的學習也不只是知識和技能的簡單堆砌，而是應當按照科學觀→科學品德→科學方法→科學知識的順序優化學生的教育培養體系。因此，大學專業課程教師要及時更新并樹立有利于培養學生專業科學素養的教育教學觀念[7]。

2.專業課教師在授課時不是授人以魚，而是授之以漁。專業課教師在講授課程時不是一味地強調記住某個知識點，而是要教授學生如何靈活地運用這個知識點。比如，在金屬材料專業的《專業英語》課程授課中，常常見到“With”這個介詞，有的教師在授課時常常視而不見，其實這個非常簡單的一個介詞，如果在講課時教師進行引申，可以引申出很多科技英文中常用的短語出來，這對學生進行科技英文的閱讀和寫作很有益處。例如，“隨著科學技術的發展，……”（參考譯文：With the development of science and technology，...）和“隨著化學反應溫度的升高，……”（參考譯文：With the increasement of the chemical reaction temperature，...）等等。

3.對于專業課程的教師，不僅僅是給學生傳授教材上的專業知識，更重要的是要對教材中的內容進行擴充。例如，在講授《金屬學原理》中的鐵碳相圖內容時，不是給學生講清楚和鐵碳相圖的相關知識點即可，而是還要告訴同學們為何是以鐵碳相圖為例，不以其他相圖為例。其原因是鐵碳相圖是目前發展比較完善的相圖，具有一定的典型性。所以，一般以它為例來講解；在講授《金屬組織控制原理》中的“四把火”（即正火、退火、回火和淬火）時，同樣，最基本的要求是講明白這“四把火”的定義、通過熱處理后的其組織結構的變化，以及它們的應用等問題。還要使得同學們不要誤解以為金屬材料專業就是鋼鐵的熱處理，其實金屬材料專業是個涉及范圍很大、很廣的學科，鋼鐵的熱處理只是其中的一個部分。又如，在講授《材料的測試與分析》中的掃描電子顯微鏡內容時，不是講清楚該設備的原理及其應用就完了，還要講授如果用這個設備觀察粉體的形貌時，應該如何制備試樣，特別是導電和不導電粉體的制樣過程是有區別的。如果用這個設備觀察塊體的形貌時，又要如何制備試樣，以及此設備有哪些附件，這些附件有哪些用途等。再如，在《材料的腐蝕與防護》中講授“高溫腐蝕”部分時，要提及到我國為何提出要制造自己的大飛機。其原因是大飛機的關鍵部位（即發動機的渦輪葉片）制備技術我國還未攻破，此技術國外對我國一直處于封鎖狀態。為了振興民族工業，溫家寶同志在國家層面提出了這個問題。尤其是當今，隨著社會的進步和科學技術的突飛猛進，金屬材料專業所涉及的領域也在不斷開展和深化。因此，對于專業課教師不僅僅是吃透教材，講透教材，更重要的獵取教材以外的相關知識。

4.依托學科的相關專業競賽，培養學生的團隊合作精神。人是生活在社會中，離不開群體。因此，團隊的合作顯得特別的主要，只有發揮各自的優點，集中優勢，通過團隊協作解決難題。在專業課程教學過程中，舉辦和參加相關學科專業性比賽，一方面，使得同學們將學到的專業知識得到應用，另一方面，他們在比賽過程中相互交流、討論，這樣不僅可以集思廣益，同時，培養了學生的團隊協作的能力。比如，金屬材料專業每年一度舉行的常規“金相比賽”，該比賽需要3～5個學生相互協作共同完成，如果其他人無論多優秀和表現出色，只要其中那個出現差錯，那么都可能導致比賽失利。

5.將教師的科學研究成果引入課堂，增加學生的求知欲望。科學研究是提高教師科學素質最有效、最直接的方法，教師在鍥而不舍的科學研究活動中發現問題、分析問題和解決問題的能力，使得他們獲取新知識的能力都可以得到了極大的提高。此外，科學研究的開展使教師能及時了解當今科學技術發展的最新動態，及時更新自己的知識結構，使他們在科學技術高速發展的今天能跟上時代的步伐。如果把最新的知識和最新的技術融合在所講授的專業課程中，會使教學充滿活力，讓學生充滿興趣，提高了教學質量的同時也可以極大地提高了學生的科學素質[8]。比如，在《材料制備新技術》課程教學中講授納米材料的制備技術時，可以將教師在研究納米材料時的一些方法與技巧講解給學生。例如，通過水熱法合成的納米材料在洗滌時開始用蒸餾水，最后用無水酒精，這樣可以避免干燥時粉末結團的現象。又例如，將教師在科學研究過程中發現的一些新的或者奇異的現象講解給學生，可以激發起學生對科研的樂趣。再如，對于在《材料科學研究方法》課程中常提到的“顆粒”怎樣去理解，那么就可以用教師在寫作英文科技論文時的體會進行區分。如果是粉體材料，那么“顆粒”的英文就要用“Particle”；如果是塊體材料，那么“顆粒”的英文就要用“Grain”等等。

6.專業課教師在講授專業課時，也不僅止于講好專業課即可，還要向學生傳遞正能量，激發學生學習專業課的熱情，培養學生正確的科學價值觀。對剛接觸專業知識的學生來說，學習專業課是一件很枯燥的事。那么教師可以常關注新聞媒體等國內外有關科技方面的報道，在上課時教師可以適當地引入到專業課堂的教學中去，一方面，可以使學生了解科學技術的最新發展動態，另一方面，可以通過先進典型事例激發學生對學習科學知識的熱情和激情，使枯燥和無味的專業課堂變得生動有趣。比如，剛獲得諾貝爾獎的屠呦呦，可以在專業課堂中適當地引入，講述她科研成果，以及其給社會帶來的巨大影響，使得學生以她們這類人為榜樣，變被動學習專業課為主動學習專業課，激發他們追求科學真諦的動力。又如，德國化學家弗里茨·哈伯既是工業合成氨的創始人，又是化學毒氣的制造人。在第一次世界大戰中，他為德國制造了不少氮化合物以生產炸藥，還使得氯氣這種化學毒氣首次登上了戰爭舞臺，給人類造成了巨大危害。但是后來哈伯深刻地反省了自己的錯誤，而且把全部精力都放在了科學研究之中。科學界也并未因此埋沒弗里茨·哈伯，在1918年把間斷了兩年的諾貝爾化學獎授予了弗里茨·哈伯。通過運用上述典型事例，可以讓學生認識到化學技術是一把“雙刃劍”，同時激勵學生尊重科學、堅持真理并敢于修正錯誤，在學習和今后的工作中崇尚真、善、美的科學精神，并運用所學知識造福人類。

7.改革傳統的專業課考試模式，培養學生運用專業知識進行解決問題和科學創新的能力。傳統的專業課考試是將平時成績（包括出勤、課堂回答情況和平時完成作業等）和期末成績（期末考試卷面成績）進行綜合評價。這種考試模式千篇一律，沒體現出學生的個性特點。只要學生出勤率高、按時完成布置的作業和死記硬背等有都能通過考試，甚至還可能獲得高分。但是，學生運用專業知識進行解決問題和科學創新的能力很難體現出來。因此，必須改革傳統的考試模式，凸顯出學生解決問題和科學創新的能力。比如，教考分離，即采用試卷庫，隨機抽取考試試卷；或者一門課程多樣考法，讓學生自主選擇考試方式，滿足學生的個性特點；或者寫一篇小論文，論文選題可由教師提供或學生自己找一個感興趣的主題；也可采用口試形式，學生與教師共同探討課程上的某些問題等多元化考核方式等。

三、結束語

在課程教學中培養大學生的專業科學素養是一個長期的和復雜的過程，需要廣大高校專業課教師以鍥而不舍的精神逐步向前推進。其主要途徑包括專業課教師要更新教育教學理念；對教材的內容進行擴充；依托學科的相關專業競賽，培養學生的團隊合作精神；改革傳統的專業課考試模式，培養學生運用專業知識進行解決問題和科學創新的能力等；將教師的科學研究成果引入課堂，增加學生的求知欲望；學生傳遞正能量，激發學生學習專業課的熱情，培養學生正確的科學價值觀。

參考文獻：

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[4]李洪俊，李小琴.科學素養與物理課程設計[J].臨沂師范學院學報，2005，27（6）：119-120.

[5]方麗梅，劉根旺.工科大學物理教學中科學素養與科學探究能力的培養[J].實驗技術與管理，2008，25（l0）：134-135.

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[8]吳雙.科研提高了老師的科學素質和教學質量[J].西南民族大學學報：自然科學版，2011，37（5）：117-119.